수소 산업

수소 경제는 에너지 운반체로서 주로 또는 독점적으로 수소를 사용하는 에너지 산업의 개념이다. 지금까지 지구상의 어떤 국가에서도 수소 경제가 실현되지 않았습니다.

전기와 마찬가지로 수소는 1 차 에너지의 원천이 아니지만 인위적으로 그리고 다른 에너지 원 (화석, 핵 또는 재생 가능 에너지)으로 인한 에너지 손실로 먼저 얻어야합니다. 따라서 수소 경제는 자동적으로 지속 가능하지 않고 단지 수소가 생산되는 1 차 에너지만큼 지속 가능하다. 현재 화석 연료를 기반으로하는 화학 산업에서 수소를 사용하는 것이 대부분이다. 반면에 미래의 수소 경제에 대한 개념은 재생 가능 에너지로부터 수소를 생성하는 것을 주로 염두에두고있다. 방출이 없다.

현재 많은 국가에서 고전적인 첨단 수소 경제가 추구되고있는 것은 아니지만 에너지 전환 및 확장의 일환으로 메탄이나 메탄올과 같은 수소 또는 수소 생성 연료를 기존 에너지 인프라에 통합 할 계획이 있습니다 재생 에너지의 중요한 역할은 장기간의 저장으로 중요한 역할을 담당하는 전력 대 가스 기술에 의해 수행됩니다.

에너지 산업의 수준
아이디어는 에너지 산업의 모든 수준에서 수소를 구현하는 것에 기반을두고 있습니다.

필수 1 차 에너지 원 개발
에너지 생산
에너지 저장
에너지 사용
에너지 거래 및 유통
판매 및 대금 청구
공급의 안전 보장
이 각각의 레벨은 기술적으로 연구되고 수소에 부분적으로 구현됩니다.

생산, 저장, 인프라
오늘날의 수소는 주로 화석 연료에서 생산됩니다 (> 90 %). 중앙 집중식 생산을 경량급 연료 전지 차량에 연결하려면 자본 투자가 많은 유통 인프라의 부지 선정과 건설이 필요합니다. 또한 차량에 안전하게 수소를 저장하는 기술 과제는 충전 사이에 충분한 범위를 제공하기 위해 극복해야합니다.

생산 방법
편리한 수소 저장고에서는 분자 수소를 지구에서 이용할 수 없습니다. 암석권의 대부분의 수소는 물 속에있는 산소와 결합되어있다. 수소 원소를 제조하려면 화석 연료 나 물과 같은 수소 운반체의 소비가 필요합니다. 이전 운송 업체는 화석 자원을 소비하고 이산화탄소를 생산하지만 종종 화석 연료를 초과하여 더 이상 에너지를 투입 할 필요가 없다. 후자의 운반선 인 분해 물은 일부 일차 에너지 원 (화석 연료, 원자력 또는 재생 가능 에너지)으로부터 생성 된 전기 또는 열의 투입이 필요합니다. 수소는 암석권의 지열 원에서 유출 물을 정제하여 생산할 수도 있습니다. 풍력, 태양력, 수력, 파력 또는 조력을 사용하는 물의 전기 분해와 같은 제로 방출 재생 가능 에너지 원에 의해 생성 된 수소를 녹색 수소라고합니다. 비 재생 에너지 원에 의해 생성 된 수소는 갈색 수소로 언급 될 수 있습니다. 폐기물 부산물 또는 산업 부산물로 생성 된 수소는 종종 회색 수소로 언급됩니다.

현재 생산 방법
수소는 천연 가스, 석유 또는 석탄과 같은 화석 연료를 사용하는 수증기 개질로부터 산업적으로 생산됩니다. 생산 된 수소의 에너지 함량은 원래 연료의 에너지 함량보다 낮습니다. 일부는 생산 중 과도한 열로 손실됩니다. 스팀 개질은 자동차 엔진과 같은 방식으로 이산화탄소 배출을 유도합니다.

전기와 물을 사용하여 전기 분해하여 생성 된 작은 부분 (2006 년 4 %)은 생산 된 수소 1 킬로그램 당 약 50 킬로와트시의 전기를 소비합니다.

크 베르너 프로세스
Kværner-process 또는 Kvaerner 카본 블랙 및 수소 공정 (CB & H)은 1980 년대 노르웨이 회사에서 개발 한 메탄, 천연 가스 및 바이오 가스와 같은 탄화수소 (CnHm)에서 수소를 생산하는 방법입니다 . 공급 물의 이용 가능한 에너지 중 약 48 %가 수소에 함유되고, 40 %는 활성탄에 함유되고, 10 %는 과열 증기에 함유된다.

물의 전기 분해
수소는 고압 전기 분해, 물의 저압 전기 분해 또는 고온 전기 분해 또는 탄소 보조 전기 분해와 같은 다양한 신흥 전기 화학 공정을 통해 제조 될 수 있습니다. 그러나 물 전기 분해를위한 현재의 최상의 공정은 70-80 %의 효과적인 전기 효율을 가지므로 수소 1kg (143 MJ / kg 또는 40 kWh / kg의 비 에너지를 가짐)을 생산하려면 50-55 kWh의 전기. 2015 년 에너지 부의 수소 생산 목표에 명시된 바와 같이, 전기 비용이 $ 0.06 / kWh 인 경우 수소 비용은 kg 당 3 달러입니다. SMR 수소의 가격을 1.20 달러와 1.50 달러 사이에 놓은 그래프 (수소 생산 기술 팀 로드맵, 2017 년 11 월)에서 볼 수 있듯이 2016 년의 천연 가스 가격의 범위에서 전기 분해를 통한 수소 원가는 여전히 2015 DOE 수소의 두 배가 넘습니다 목표 주가. 2020 년 수소의 미국 DOE 목표 가격은 kg 당 2.30 달러이며 전기 비용은 0.037 / kWh이며 많은 지역에서 바람과 태양에 대한 최근의 PPA 입찰을 통해 달성 할 수 있습니다. 이로 인해 $ 4 / gge H2 분배 목표는 도달 범위 내에 있으며 SMR에 대한 약간 높은 천연 가스 생산 비용에 가깝습니다.

세계의 다른 지역에서는 스팀 메탄 개질은 평균 1 ~ 3 달러 / kg입니다. 이것은 전기 분해를 통한 경쟁 우위를 가져올 수있는 조건을 검토하는 IEA의 기사를 포함하여 Nel Hydrogen 및 다른 사람들이 설명한 것처럼 많은 지역에서 전기 분해를 통한 수소 생산을 이미 경쟁력있게 만든다.

실험적 생산 방법

생물학 생산
발효 수소 생산은 혐기성 전환과 유사한 세 가지 단계를 포함하는 다중 효소 시스템을 사용하여 다양한 그룹의 박테리아가 나타내는 생물학적 수소에 대한 유기 기질의 발효 전환입니다. 짙은 발효 반응은 빛 에너지를 필요로하지 않기 때문에 낮과 밤에 유기 화합물로부터 수소를 끊임없이 생산할 수 있습니다. 광 발효는 빛의 존재 하에서 만 진행되기 때문에 짙은 발효와 다릅니다. 예를 들어, Rhodobacter sphaeroides SH2C를 이용한 광 발효는 소분자 지방산을 수소로 전환시키는 데 사용할 수 있습니다. 전기 수소 발생은 0.2 ~ 0.8V가 적용되는 동안 유기 물질 (예 : 하수 또는 고형 물질)에서 수소가 생성되는 미생물 연료 전지에서 사용됩니다.

생물학적 수소는 조류 생물 반응기에서 생산 될 수 있습니다. 1990 년대 후반에 조류가 황을 박탈 당하면 산소 생산 즉 정상적인 광합성에서 수소 생산으로 전환 될 것이라는 사실이 발견되었습니다.

생물학적 수소는 해조류 이외의 공급 원료를 사용하는 생물 반응기에서 생산 될 수 있는데, 가장 일반적인 공급 원료는 폐기물 스트림입니다. 이 과정은 탄화수소에 박테리아를 공급하고 수소와 이산화탄소를 배설하는 과정을 포함합니다. 이산화탄소는 여러 가지 방법으로 성공적으로 격리되어 수소 가스를 남길 수 있습니다. 2006 년에서 2007 년까지 NanoLogix는 미국 펜실베니아 주 노스 이스트의 Welch 포도 쥬스 공장에서 폐기물을 원료로 사용하는 프로토 타입 수소 바이오 리액터를 시연했습니다.

생 촉매 전기 분해
정기적 인 전기 분해 외에도 미생물을 이용한 전기 분해가 또 다른 가능성입니다. biocatalysed 전기 분해와 함께 수소는 미생물 연료 전지를 통해 실행 후 생성되며 다양한 수생 식물을 사용할 수 있습니다. 갈대, 구운 콩, 쌀, 토마토, 루핀, 조류 등

고압 전기 분해
고압 전기 분해는 물을 통과하는 전류에 의해 물 (H2O)을 산소 (O2)와 수소 가스 (H2)로 분해하여 물을 전기 분해하는 것입니다. 표준 전해 기와의 차이점은 압축 수소 출력이 약 120-200 bar (1740-2900 psi, 12-20 MPa)입니다. 전해조에서 수소를 가압함으로써 화학 압축으로 알려진 공정을 통해 외부 수소 압축기에 대한 필요성이 제거되고 내부 압축을위한 평균 에너지 소비는 약 3 %입니다. 유럽 ​​최대 규모 (1 400 000 kg / a, 물의 고압 전기, acaline 기술) 수소 생산 공장은 핀란드의 Kokkola에서 운영됩니다.

고온 전기 분해
수소는 고온 전기 분해 (HTE)를 통해 열과 전기의 형태로 공급되는 에너지로부터 생성 될 수 있습니다. HTE의 에너지 중 일부는 열의 형태로 공급되기 때문에 에너지의 양은 열을 전기에서 화학 형태로 두 번 변환해야하므로 생성되는 수소 킬로그램 당 에너지가 훨씬 적을 수 있습니다.

핵 발전 전기는 전기 분해에 사용될 수 있지만 핵열은 물에서 수소를 분리하기 위해 직접 적용될 수 있습니다. 고온 (950-1000 ° C) 가스 냉각 원자로는 핵열을 사용하는 열 화학적 수단에 의해 수소를 물에서 분리 할 수 ​​있습니다. 고온 원자로 연구는 결국 천연 가스 수증기 개질과 비용 경쟁력이있는 수소 공급으로 이어질 수 있습니다. 일반 Atomics는 고온 가스 냉각 원자로 (HTGR)에서 생산되는 수소는 kg 당 1.53 달러를 소비 할 것으로 예측합니다. 2003 년 천연 가스의 수증기 개질은 1.40 달러 / kg의 수소를 생산했습니다. 2005 년 천연 가스 가격은 수소 2.70 달러 / kg입니다.

고온 전기 분해는 실험실에서 생산 된 수소 1kg 당 108MJ (열)이지만 상업적인 규모에서는 입증되지 않았습니다. 또한, 연료 전지에 사용하기에는 적합하지 않은 “상업용”등급의 저급 수소입니다.

광전 화학 ​​물 분해
광전지 시스템에서 생산 된 전기를 사용하면 수소를 생산하는 가장 깨끗한 방법을 제공합니다. 물은 전기 분해에 의해 수소와 산소로 분해됩니다 – 광전자 화학 전지 (PEC) 공정으로 인위적 광합성이라고도합니다. 윌리엄 에어 어스 에너지 변환 장치는 1983 년에 직접 분열을위한 최초의 다 접합 고효율 광전기 화학 시스템을 시연 및 특허했습니다.이 그룹은 현재 “인조 잎”또는 “무선 태양열 분열”이라고 불리는 직접 분뇨를 저비용으로 시연했습니다 박막 비정질 실리콘 복합 시트를 직접 물에 담근다. 수소는 다양한 촉매로 장식 된 전면 비정질 실리콘 표면에서 진화했으며 산소는 후면 금속 기판에서 방출되었습니다. 다 접합 셀 위의 나 피온 막은 이온 수송을위한 경로를 제공했습니다. 그들의 특허에는 비정질 실리콘 및 실리콘 게르마늄 합금 외에도 직접 수분 분리를위한 다양한 반도체 다중 접합 재료가 나와 있습니다. 대학과 태양 광 산업에서 고효율 다중 접합 셀 기술 개발에 대한 연구가 계속되고 있습니다. 이 프로세스가 광전지 및 전해 시스템 대신에 물에 직접 매달려있는 광촉매에 의해 지원된다면 반응은 한 단계에 불과하므로 효율성을 높일 수 있습니다.

광촉매 생산
East Anglia 대학의 Thomas Nann과 그의 팀이 연구 한 방법은 인듐 인화물 (InP) 나노 입자 층으로 덮인 금 전극으로 구성됩니다. 그들은 물에 잠기고 작은 전류로 빛을 조사 할 때 60 %의 효율로 수소를 생성하는 층상 배열에 철 – 황 복합체를 도입했습니다.

2015 년에 파나소닉 (Panasonic Corp.)은 물의 분해를 돕기 위해 햇빛의 57 %를 흡수 할 수있는 질화 니오븀을 기반으로하는 광촉매를 개발하여 수소 가스를 생성한다고보고되었습니다. 회사는 2020 년 이전이 아닌 “가능한 한 빨리”상용 응용 프로그램을 개발할 계획입니다.

태양열 집열
물을 수소와 산소로 분리하기 위해서는 매우 높은 온도가 필요합니다. 프로세스를 실행 가능한 온도에서 작동시키기 위해서는 촉매가 필요합니다. 태양열 집광을 통해 물을 가열 할 수 있습니다. Hydrosol-2는 스페인의 Plataforma Solar de Almería에서 100 킬로와트의 파일럿 플랜트로 태양 빛을 사용하여 물을 가열하기 위해 필요한 800 ~ 1,200 ° C를 얻습니다. Hydrosol II는 2008 년부터 운영되고 있습니다.이 100 킬로와트 파일럿 플랜트의 설계는 모듈 식 개념을 기반으로합니다. 결과적으로이 기술은 사용 가능한 원자로 장치를 곱하고 적당한 크기의 헬리 스탯 필드 (일광 추적 미러 필드)에 연결함으로써 메가 와트 범위까지 쉽게 확장 될 수 있습니다.

열화학 생산
산화철주기, 산화 세륨 (IV) 산화물 – 세륨 (III) 산화물주기, 아연 산화 – 환원주기, 황 – 요오드 (sulfur-iodine)와 같은 12 개 정도의주기가 물 분리에 사용될 수있는 352 개가 넘는 열 화학적주기가 있습니다 사이클, 구리 – 염소 사이클 및 하이브리드 유황 사이클은 전기를 사용하지 않고 물과 열로부터 수소와 산소를 생산하는 연구 단계 및 테스트 단계에 있습니다. 이러한 공정은 35 % ~ 49 % LHV 효율 범위의 고온 전기 분해보다 더 효율적일 수 있습니다. 석탄 또는 천연 가스로부터의 화학 에너지를 사용하는 수소의 열 화학적 생산은 직접 화학 경로가보다 효율적이기 때문에 일반적으로 고려되지 않습니다.

열 화학적 수소 생산 공정 중 어느 것도 생산 수준에서 시연되지 않았지만 몇몇은 실험실에서 시연되었다.

다른 화학 공정의 부산물 인 수소
전기 분해에 의한 염소 및 가성 소다의 산업 생산은 상당한 양의 수소를 부산물로 생성합니다. 앤트워프 항에서 1MW 시연 연료 전지 발전소는 그러한 부산물에 의해 구동됩니다. 이 장치는 2011 년 말부터 운영되었습니다. 초과 수소는 종종 수소 핀치 분석으로 관리됩니다.

저장
분자 수소는 질량 기준으로 매우 높은 에너지 밀도를 가지지 만 부분적으로 분자량이 낮기 때문에 주변 조건에서의 가스로서 부피당 에너지 밀도가 매우 낮습니다. 그것이 차량에 저장된 연료로 사용되는 경우, 순수한 수소 가스는 충분한 주행 범위를 제공하기 위해 에너지 밀도가 높은 형태로 저장되어야합니다.

가압 수소 가스
증가하는 가스 압력은 에너지 밀도를 부피만큼 향상시켜 더 작지 만 가벼운 컨테이너 탱크는 만들지 않습니다 (압력 용기 참조). 더 높은 압력을 달성하려면 압축에 동력을 공급하기 위해 외부 에너지를 더 많이 사용해야합니다. 압축 수소에 필요한 수소 탱크의 질량은 차량의 연비를 감소시킵니다. 소분자이기 때문에 수소는 수소를 포함하는 모든 라이너 물질을 통해 확산되어 용기의 취성 또는 약화를 초래합니다. 오늘날의 시범 차량에서 온보드 수소 저장의 가장 일반적인 방법은 약 700bar (70MPa)의 압력에서 압축 가스로 사용됩니다.

액체 수소
대안으로, 더 높은 체적 에너지 밀도의 액체 수소 또는 슬러쉬 수소가 사용될 수있다. 그러나 액체 수소는 극저온이며 20.268 K (-252.882 ° C 또는 -423.188 ° F)에서 비등합니다. 극저온 저장은 무게를 줄이지 만 큰 액화 에너지가 필요합니다. 가압 및 냉각 단계와 관련된 액화 공정은 에너지 집약적입니다. 액체 수소의 밀도가 낮기 때문에 액화 수소는 가솔린보다 에너지 밀도가 약 4 배 더 낮습니다. 순수한 액체 1 리터보다 실제로 가솔린 1 리터 (116g)에 수소가 더 많습니다 수소 (71 그램). 액체 수소 저장 탱크는 또한 끓임을 최소화하기 위해 잘 절연되어야합니다.

일본은 Kobe의 터미널에 액체 수소 (LH2) 저장 시설을 보유하고 있으며 2020 년 LH2 운반선을 통해 액체 수소의 첫 선적을받을 것으로 예상됩니다. 수소는 액화 천연과 비슷한 온도를 -253 ℃로 낮추어 액화합니다 가스 (-1NG ° C에서 저장되는 LNG). 잠재적 효율 손실은 12.79 % 또는 33.3kWh / kg 중에서 4.26kWh / kg을 달성 할 수 있습니다.

수 소화물로서의 저장
분자 수소를 저장하는 것과는 다른 수소는 화학적 하이드 라이드 또는 다른 수소 함유 화합물로 저장 될 수 있습니다. 수소 가스는 다른 물질과 반응하여 비교적 쉽게 운반 될 수있는 수소 저장 물질을 생성한다. 사용 시점에서 수소 저장 물질은 분해되어 수소 가스를 생성 할 수있다. 분자 수소 저장과 관련된 질량 및 부피 밀도 문제뿐만 아니라 실제 저장 방식에 대한 현재의 장벽은 수 소화물 형성 및 수소 방출에 필요한 고압 및 온도 조건에서 비롯됩니다. 많은 잠재적 인 시스템에서 수소화 및 탈수소 동력학 및 열 관리는 극복해야 할 문제입니다. 프랑스 회사 인 McPhy Energy는 이미 Iwatani 및 ENEL과 같은 일부 주요 고객에게 판매 된 마그네슘 수화물을 기반으로 한 최초의 산업용 제품을 개발하고 있습니다.

흡착
세 번째 접근법은 고체 저장 물질의 표면에 분자 수소를 흡착하는 것이다. 위에서 언급 한 수 소화물과는 달리, 수소는 저장 시스템을 충 / 방전 할 때 해리 / 재결합하지 않으므로 많은 수 소화물 저장 시스템의 운동 제한을 겪지 않습니다. 액화 된 수소와 유사한 수소 밀도는 적절한 흡착제를 사용하여 얻을 수 있습니다. 일부 제안 된 흡착제에는 활성탄, 나노 구조 탄소 (CNT 포함), MOF 및 수소 포접 수화물이 포함됩니다.

지하 수소 저장
지하 수소 저장은 지하 동굴, 소금 돔 및 고갈 된 석유 및 가스전에서의 수소 저장 실습입니다. 많은 양의 기체 수소가 ICI에 의해 지하 동굴에 수년간 아무런 어려움없이 저장되었습니다. 다량의 액체 수소를 지하 저장하는 것은 그리드 에너지 저장 장치로서 기능 할 수있다. 왕복 효율은 약 40 % (펌핑 수력 (PHES)의 경우 75-80 %)이며, 비용은 펌핑 수력보다 약간 높습니다. 유럽 ​​연구원의 작업 보고서에서 인용 한 또 다른 연구에 따르면 대규모 저장의 경우 가장 저렴한 옵션은 전해조, 소금 동굴 저장 및 복합 사이클 발전소를 사용하여 2,000 시간 동안 저장하는 경우 140 유로 / MWh의 수소입니다. 유럽 ​​프로젝트 Hyunder는 2013 년에 풍력 및 태양 에너지 저장을 위해 PHES 및 CAES 시스템으로는 커버 할 수없는 추가 동굴이 필요하다고 지적했습니다. 독일의 소금 동굴에서의 수소 저장 사례 연구에 따르면 독일의 전력 흑자 (2025 년과 2050 년까지 총 가변 재생 가능 발전의 7 %)가 수소로 변환되어 지하에 저장되면이 양은 약 15 개의 동굴 현재 독일에서 운영중인 지하 가스 동굴의 약 1/3에 해당하는 2025 년까지 각각 50 만 입방 미터와 2050 년까지 약 60 채의 동굴이있다. 미국에서 Sandia Labs는 고갈 된 석유 및 가스전에서의 수소 저장에 대한 연구를 진행하고 있으며, 현재 270 만 개의 고갈 된 우물이 존재하기 때문에 재생 가능한 많은 양의 수소를 쉽게 흡수 할 수 있습니다.

가스에 대한 동력
Power to gas는 전력을 가스 연료로 변환시키는 기술입니다. 2 가지 방법이 있습니다. 첫 번째는 물을 쪼개기 위해 전기를 사용하고 생성 된 수소를 천연 가스 계통에 주입하는 것입니다. 두 번째 (효율이 낮은) 방법은 전기 분해 및 사바이어 반응을 사용하여 이산화탄소와 물을 메탄 (천연 가스 참조)으로 전환하는 데 사용됩니다. 풍력 발전기 또는 태양열 어레이에 의해 생성 된 초과 전력 또는 오프 피크 전력은 에너지 그리드의 부하 분산에 사용됩니다. 기존 천연 가스 시스템을 수소에 사용 연료 전지 메이커 Hydrogenics 및 천연 가스 유통 업체 인 Enbridge는 캐나다의 가스 시스템에 대한 동력을 개발하기 위해 협력했습니다.

파이프 라인 저장소
천연 가스 네트워크는 수소 저장에 사용될 수있다. 천연 가스로 전환하기 전에 독일 가스 네트워크는 대부분 수소로 구성된 도시 가스를 사용하여 운영되었습니다. 독일 천연 가스 네트워크의 저장 용량은 20 만 GW • h 이상으로 몇 달 간의 에너지 요구량을 충족시킵니다. 비교해 보면, 독일의 모든 펌프 식 저장 발전소의 용량은 약 40GW • h에 불과합니다. 가스 네트워크를 통한 에너지 수송은 전력 네트워크 (8 %)보다 훨씬 적은 손실 (<0.1 %)로 수행됩니다. 기존 천연 가스 파이프 라인의 수소 사용은 NaturalHy 하부 구조 수소 기반 시설은 주로 산업용 수소 파이프 라인 운송과 수소 고속도로에서 발견되는 것과 같은 수소 장착 주유소로 구성됩니다. 수소 파이프 라인 근처에 있지 않은 수소 스테이션은 수소 탱크, 압축 수소 튜브 트레일러, 액체 수소 트레일러, 액체 수소 탱크 트럭 또는 전용 온 사이트 생산을 통해 공급할 수 있습니다. 강철의 수소 취성 때문에 부식 된 천연 가스 파이프는 수소를 운반하기 위해 내부 코팅 또는 교체가 필요합니다. 기술은 잘 알려져 있습니다. 700 마일이 넘는 수소 파이프 라인이 현재 미국에 존재합니다. 비싸지 만 파이프 라인은 수소를 이동시키는 가장 저렴한 방법입니다. 수소가 원유에서 수소화 수소 분해에 사용되기 때문에 수소 가스 배관은 대형 정유 회사에서 일상적입니다. 수소 배관은 수소 생산의 분산 시스템에서 이론적으로 피할 수 있습니다. 수소는 개인용 또는 이웃을 위해 충분한 수소를 생산하는 중형 또는 소형 발전기를 사용하여 현장에서 일상적으로 만들어집니다. 결국, 수소 가스 분배 옵션의 조합이 성공할 수 있습니다. 수백만 톤의 원소 수소가 매년 다양한 방법으로 전 세계에 분포되어 있지만, 개인 소비자에게 수소를 공급하려면 연료 기반 시설의 발전이 필요합니다. 예를 들어, GM에 따르면 미국 인구의 70 %는 수소 생성 시설 근처에 살고 있지만 수소에 대한 대중의 접근은 거의 없습니다. 그러나 동일한 연구 결과에 따르면 체계적인 방식으로 인프라를 구축하는 것이 대부분의 사람들이 생각하는 것보다 훨씬 더 저렴하고 저렴하다는 것을 보여줍니다. 예를 들어, 로스 앤젤레스 지하철역과 LA와 팜스프링 스, 라스베가스, 샌디에고, 산타 바바라와 같은 인근 도시 사이의 고속도로에서 수소 스테이션을 매 10 마일 이내에 배치 할 수 있다고 언급 한 기사는 Starbuck 's 이 지역에 거주하는 1,500 만명의 거주자 모두에게 라떼를 제공합니다. 주요 단점 : 중앙 집중식 생산과 분산 생산 미래의 완전 수소 경제에서는 1 차 에너지 원과 공급 원료가 다양한 경제 부문에서 사용하기 위해 저장된 에너지로서 수소 가스를 생산하는 데 사용될 것입니다. 석탄, 석유 및 천연 가스 이외의 1 차 에너지 원에서 수소를 생산하면 이러한 화석 에너지 자원의 연소 특성 인 온실 가스의 생산량이 감소하게됩니다. 수소 경제의 주요 특징 중 하나는 모바일 애플리케이션 (주로 차량 운송)에서 에너지 생성과 사용이 분리 될 수 있다는 것입니다. 1 차 에너지 원은 현재 탄화수소 연료와 같이 차량으로 더 이상 여행 할 필요가 없습니다. 분산 된 배출물을 만드는 배기관 대신에 에너지 (및 공해)는 효율성이 개선 된 대규모의 중앙 집중식 시설과 같은 점원에서 생성 될 수 있습니다. 이것은 탄소 흡수와 같은 기술의 가능성을 허용 할 것이며, 탄소 제거는 모바일 어플리케이션에 불가능합니다. 대안으로, 소규모 재생 가능 에너지 원과 같은 분산 형 에너지 생성 체계가 사용될 수 있으며, 아마도 수소 스테이션과 관련 될 수있다. 에너지 생성을 제외하면 수소 생산은 중앙 집중화되거나 분산되거나 또는 둘 다 혼합 될 수 있습니다. 중앙 집중식 1 차 에너지 플랜트에서 수소를 발생시키는 것은 높은 수소 생산 효율을 약속하지만 (수소 손상 및 고체 물질을 통한 수소 확산의 용이성과 같은 요인으로 인한) 대용량, 장거리 수소 운송의 어려움은 수소 내에서 전기 에너지 분포를 매력적으로 만든다 경제. 이러한 시나리오에서 소규모 지역의 공장 또는 지역의 주유소까지도 배전 계통을 통해 제공되는 에너지를 사용하여 수소를 생성 할 수 있습니다. 수소 생성 효율은 중앙 집중식 수소 생성보다 낮을 수 있지만, 수소 수송의 손실은 최종 사용자에게 전달되는 수소 1 킬로그램 당 사용되는 1 차 에너지 측면에서 이러한 계획을보다 효율적으로 만들 수 있습니다. 수소 분배와 장거리 전기 분배 사이의 적절한 균형은 수소 경제에 대해 야기되는 주요 질문 중 하나입니다. 다시 생산 원천과 수소 운송의 딜레마는 그리드 재생 가능 소스에서 수소를 발생시키는 현장 (가정, 사업 또는 연료 스테이션)에서 극복 할 수 있습니다. 분산 전해 분산 전기 분해는 대신 전기를 분배하여 수소를 분배하는 문제를 우회합니다. 주유소에 위치한 소형 현장 전기 분해 장치로 전기를 전송하기 위해 기존 전기 네트워크를 사용할 것입니다. 그러나 전기 및 전송 손실을 생성하는 데 사용되는 에너지를 고려하면 전반적인 효율이 저하됩니다. 미국의 새로운 발전 설비 건설을 거의 차지하는 천연 가스 복합 화력 발전소는 60 % 이상의 효율로 전기를 생산합니다. 수소 자동차 또는 기타 수요로 인한 전기 수요의 증가는 새로운 복합 화력 발전소 추가로 인한 큰 영향을 미칩니다. 이를 바탕으로 수소의 분산 생산은 대략 40 %의 효율을 보입니다. 그러나 연료 및 전환 방법의 혼합으로 인해 현재의 전력망에 미치는 영향이 약 40 % 인 경우 분산 수소 생산의 효율은 약 25 %입니다. 이러한 방식으로 수소를 분산 생산함으로써 공급 체인의 여러 지점에서 전기 분해, 운송 및 저장과 같은 오염 물질 및 이산화탄소의 대기 배출이 발생할 것으로 예상됩니다. 오염과 같은 외부 효과는 수소 경제의 잠재적 이점에 비중을 두어야한다. 수소의 정력적 인 사용 수소 사용에서 가장 중요한 요소는 연료 전지입니다. 그것은 수소에 포함 된 에너지를 열과 전기로 변환합니다. 집에서 사용 연료 전지 캔에 의한 국내 발전에서는 열병합 발전 설비와 마찬가지로 열병합 발전이 실현되어 전체 효율이 향상됩니다. 이 작동 모드는 열 생산에 초점을 맞추기 때문에이 시스템은 열 요구 사항에 따라 제어되며 생성 된 전류는 공공 전력망에 공급됩니다. Vaillant는 개질기를 통해 천연 가스로도 작동 할 수있는 연료 전지 히터를 개발했습니다. 이론적으로 달성 할 수있는 발열량 관련 효율은 약입니다. 83 %. 화력 발전소와 내연 기관의 경우와 같이 효율은 일반적으로 발열량을 기준으로 계산하면 이론상의 최대 효율은 약입니다. 98 %. 연료 전지 유형에 따라 시스템 효율은 발열량 또는 발열량인지 여부가 불분명하지만 40 %에서 65 % 사이입니다. 트래픽에 사용 수소 동력 차량은 i. A. 수소 연료 보급소에서 연료 보급이 가능한 가압 탱크 (예 : 700 bar). 힘 발생의 방법으로, 천연 가스로 운전하거나 연료 전지에서 "저온 연소 (cold combustion)"하는 것과 마찬가지로 크게 기존의 내연 기관이 가능합니다. 연료 전지 차량에서는, 전기 모터를 구동하는 연료 전지로 전력이 생성된다. 내부 연소 엔진 가연성 가스로서, 수소는 천연 가스 동력 차량과 유사한 대체로 일반적인 내연 기관 ( "수소 연소 엔진")에서 기계적 회전 에너지 (예 : BMW 수소 7)로 연소 될 수 있습니다. 연료 전지 연료 전지 차량에서는, 전기 모터를 구동하는 연료 전지로 전력이 생성된다. 수소 기술은 버스에서도 실제로 테스트되고 있습니다. 현재 세대의 수소 버스 (2009)는 35kg의 수소로 약 250km의 범위를 달성합니다. 연료 전지 자동차는 전기 자동차보다 훨씬 비쌉니다. 프리츠 헨더슨 (제너럴 모터스 (General Motors) CEO)에 따르면, 그러한 차량의 가격은 약 400,000 달러 (2009 년 현재)입니다. 차량 제조업체 인 도요타, 닛산, 메르세데스 - 벤츠 및 혼다는 수소 동력 차량의 생산 비용을 크게 절감했다고한다. (도요타 미라이 (Toyota Mirai)는 예를 들어 80,000 유로 이하의 가격으로 독일에서 판매되고 있습니다.) Toyota는 H 2 자동차를 소형 시리즈로 생산하고 연료 전지를 대대적으로 도입합니다. 메르세데스 B 급 F 셀과 현대 ix35 연료 전지 전기 자동차 (FCEV) 500 대 중 두 가지 사전 제작 차량이 최대 속도 80km / h에 도달했습니다. Daimler는 수소 드라이브의 일상적인 사용에 대한 적합성을 입증하기 위해 여러 대의 B 급 연료 전지 차량으로 전세계에서 "일주 항법"을 성공적으로 완료했습니다. 이 유형의 200 시리즈 차량은 2010 년에 고객에게 인도되었습니다. 이제 버스가 있습니다. z. 예를 들어, 연료 전지를 사용하는 다양한 제조업체의 Mercedes-Benz Citaro FuelCELL 하이브리드. 또한, 2005 년부터 Hydrail의 기술을 통해 철도 차량은 수소 경제의 관점을 갖게되었습니다. 일본 동부 철도 회사의 첫 번째 회사 중 하나가 작동중인 하이브리드 기관차 테스트에 나섰습니다. 2017 년 말에 연료 전지 구동 장치가 장착 된 14 대의 열차가 Lower Saxony의 Alstom 제조업체에서 주문되었습니다. 스위스 연방 철도 (SBB)는 2014 년 봄부터 롤링 미니 바에 수소 연료 전지를 도입 해 도로의 통합 된 에스프레소 기계에 충분한 에너지를 공급했으며, 승객에게 카푸치노를 제공 할 수있게되었습니다. 지금까지 사용 된 일반적인 축전지는이 에너지를 소비하는 작업에 너무 무거웠습니다. 수소 안전 수소는 아세틸렌, 실란 및 에틸렌 산화물과 같은 거의 예외가없는 모든 가스의 공기와 함께 가장 폭 넓은 폭발성 / 점화 혼합 범위 중 하나를 가지고 있습니다. 즉 공기와 수소의 혼합 비율에 관계없이 수소 누출은 화염이나 스파크가 혼합물을 점화 할 때 단순한 불꽃이 아닌 폭발로 이어질 가능성이 높습니다. 이것은 특히 터널이나 지하 주차장과 같은 밀폐 된 지역에서 수소의 사용을 위험하게 만듭니다. 순수한 수소 - 산소 화염은 자외선 영역에서 연소하며 육안으로는 거의 보이지 않으므로 수소 누출이 발생했는지 감지하려면 화염 감지기가 필요합니다. 수소는 무취이며 냄새로는 누출을 감지 할 수 없습니다. 수소 코드 및 표준은 수소 연료 전지 차량, 고정식 연료 전지 응용 프로그램 및 휴대용 연료 전지 응용 프로그램의 코드 및 표준입니다. There are codes and standards for the safe handling and storage of hydrogen, for example the standard for the installation of stationary fuel cell power systems from the National Fire Protection Association. Codes and standards have repeatedly been identified as a major institutional barrier to deploying hydrogen technologies and developing a hydrogen economy. To enable the commercialization of hydrogen in consumer products, new model building codes and equipment and other technical standards are developed and recognized by federal, state, and local governments. One of the measures on the roadmap is to implement higher safety standards like early leak detection with hydrogen sensors. The Canadian Hydrogen Safety Program concluded that hydrogen fueling is as safe as, or safer than, compressed natural gas (CNG) fueling. The European Commission has funded the first higher educational program in the world in hydrogen safety engineering at the University of Ulster. It is expected that the general public will be able to use hydrogen technologies in everyday life with at least the same level of safety and comfort as with today's fossil fuels.